四代更迭屏幕指纹背后，你所不知道的vivo故事
为什么全面屏一定需要屏幕指纹？
“全面屏”是什么？通俗地来说，它是一种尽可能扩大手机正面屏占比，在有限的机身里放下最大尺寸的屏幕，从而达成大屏幕、高沉浸视效、同时缩窄手机尺寸，改善握持感的一种设计理念。
理论上来说，“全面屏”的最终形态应当是四面无边框，“正面只有一块屏”的手机造型——事实上，这也的确是目前不少品牌都在努力研发的方向。但是，随着屏幕技术的进步，随着手机边框越来越窄、屏占比越来越高，一个切实的问题开始暴露在所有厂商和使用者面前：
一旦手机正面不再有足够的边框空间，那么指纹模块要放在哪里？
手机背面？众所周知，背置式的指纹设计对于那些常年“机不离手”的用户而言是很方便，但它却并不适合经常需要将手机平放在桌面上的一般大众。
手机侧面？这种设计看似新颖，其实问题多多：一方面它必然会导致手机变厚、影响手感；另一方面来说，侧置指纹狭小的传感器面积很难实现快速识别，用户体验反而下降，可谓得不偿失。
在经历了反复的推敲、测试、验证之后，其实早在两年多以前，整个手机行业就已经明白了一件事：那就是唯有将指纹模块“藏”到屏幕下方，才是最适合大多数用户使用习惯、也最符合“全面屏”科技感的解决方案。是的，这，就是屏幕指纹。
首发量产屏幕指纹，vivo摘下了行业“桂冠”
是的，其实几乎所有的厂商都明白，屏幕指纹才是全面屏的“终极搭档”。但是，明白是一回事，能够真正做到，却是另外一回事了。
屏幕指纹的实现难度有多大？一方面，它对手机屏幕的光学结构和盖板玻璃的厚度有着极高的要求——要想屏幕指纹模块正常工作，盖板玻璃必须尽可能地薄，但这又会影响到手机的耐摔性——工程师们必须准确地找到二者之间的“平衡点”。不过，相比于硬件上的设计，屏幕指纹的算法才是它真正最困难的地方：屏幕的反光、环境光的散射、探测光穿透玻璃之后的影子与折射、甚至包括手机屏幕在使用过程中产生的划痕，都会影响到最终的指纹识别率。
或许正因为这样，到目前为止，业界多数厂商对屏幕指纹技术都还选择了“观望”，仅有的几家实装该技术的品牌，大部分也仅限定于单独一款产品中的一个配置，产量不大，消费者想要真正买到就更是难上加难。
唯一的一个例外，就是vivo——在今年一月份的CES大展上，vivo发布了旗下首款真正商用的屏幕指纹手机X20 Plus UD，它不仅宣告着全球首款量产屏幕指纹手机真正步入市场，同时也有力地证明了vivo面对屏幕指纹这一行业技术难题时的勇气和研发实力。
成功拿下“全球首款”的桂冠之后，vivo并没有停滞不前：在仅仅一个月后的巴塞罗那世界通信大会上，指纹感应面积高达半个屏幕的APEX概念机震惊了业界——值得一提的是，它也是首个通过运用伸缩式摄像头，实现了近乎100%屏占比的全面屏实验机。“屏幕指纹”与“真全面屏”首次珠联璧合，经由vivo工程师的胆魄与创造力，将未来移动设备的体验提前展示在了世人面前。
四代更迭，vivo奠定技术领先地位
其实，在推出APEX之后，vivo就已经确立了自己在屏幕指纹技术方面的业界绝对领先地位。但令所有人都没有想到的是，vivo并未因此停下继续研发改进的步伐——又只用了短短的一个月，vivo旗下的第二代量产屏幕指纹手机X21 UD便正式发布。这一次，vivo不仅带来了更高的屏占比，还一举解决了屏幕指纹在量产上的一些痼疾，更大的出货量、更成熟的制程，让更多的消费者真真切切地买到、体验到了屏幕指纹的神奇之处。
领先和创新的步伐并没有停止，三个月之后，vivo端出了量产版的全新旗舰NEX——在它的内部，我们迎来了全面进化的第三代屏幕指纹技术。在前两代解决设计问题、突破量产难题的基础上，第三代屏幕指纹对于最核心的识别算法进行了大量的改进与进化。基于vivo先进相机技术的多帧合成机制、对强光环境特殊优化的自动曝光算法、成像畸变处理、防伪算法、指纹持续自学习算法、屏幕划痕检测……在这一长串的技术名词背后，不难窥见vivo团队在经历了前两代量产产品之后，对于用户反馈的重视。
有了稳定的量产能力、有了高度成熟的算法、有了丰富的产品开发经验——在这之后，vivo又会将屏幕指纹手机带向何方？答案已经于近日揭晓。
2018年9月，vivo正式发布了新一代的X系列手机X23，它除了配备“水滴屏”、极光纹曲面玻璃机身、125度超大广角镜头外，最大的特征就是实现了全系标配屏幕指纹传感器，不再区分是否是UD版本。当然，这一次配备在上面的屏幕指纹技术本身，也已经得到了进化——全新的vivo第四代屏幕指纹技术，就此宣告诞生。
可能有些朋友会觉得：第三代屏幕指纹的搭载机NEX是顶级旗舰，而第四代屏幕指纹仅仅是用在了主流的X系列上，它能有多大的改进？事实上，X23的屏幕指纹配置相比于NEX，改动的可不只是一星半点！
9月26日，vivo在北京召开了名为“方寸指尖 非凡体验”的屏幕指纹技术沟通会，通过这场会议，我们了解到了大量关于vivo X23所搭载的第四代光电屏幕指纹技术在硬件、软件及SoC底层优化上的全面升级内容。
首先，vivo的工程师们升级了屏幕指纹传感器的硬件配置：更大的f1.5传感器光圈、更高的720dpi像素密度，直接提高了指纹图像的清晰度和对比度，让识别更加容易。与此同时，在图像增强算法方面，vivo创造性地提出了首帧优化技术，优化了原有的两帧识别流程，让识别率相较第三代屏幕指纹增长了高达40%的幅度。
然而，vivo第四代屏幕指纹技术的进化还不止于此：由于屏幕指纹本身特殊的工作原理，其识别过程需要大量的辅助算法对图像进行增强、去噪、抗干扰处理，本身的计算量相当大。在以往的几代方案中，这些计算都经由主CPU进行处理，不仅比较耗电、而且也不够安全。
有鉴于此，在第四代屏幕指纹技术的开发过程中，vivo与高通协力合作，成功定制了专用于屏幕指纹计算的Hexagon DSP安全加速芯片——通过其3倍于单核CPU的神经网络和矢量计算能力，在低温干手指、强光直射等“刁钻场景下”进一步将vivo第四代屏幕指纹解锁速度提升了30%，与可信执行环境Trustzone直接建立起了基于硬件的安全传输信道，能够更好地为用户敏感数据和生物特征信息提供保护。同时，整体功耗也大为下降，和市面上其他产品相比，vivo的第四代屏幕指纹技术功耗只有十分之一，这显然大大有利于延长宝贵的手机续航时间。
一切的努力与艰辛，只为了消费者的满意
从年初到现在，当许多手机品牌仍然犹豫不决地“实验”、“观望”时，vivo却毅然扛起了屏幕指纹技术领军者的大旗——短短的八个月里，四代技术更迭，从成功量产到完全成熟、全系标配，可以说，vivo如今已经成为了“屏幕指纹手机”的代名词，并将所有的竞争对手远远地甩在了身后。
然而，成功的背后，必然有着不为人知的艰辛。八个月的疾速更迭进化，其实有着早在近两年前便已经开始的研发做铺垫：不断的修改传感器放置方案、改用成本更高的超薄盖板玻璃、换上亮度更好的屏幕、为了模拟寒冷天气手指表面的干燥条件，带着样机到冬季的东三省进行实地测试……
其实，稍微关注过vivo这两年动向的人，大概都能看出来：如今的vivo，早已不同以往：不仅是屏幕指纹，在HiFi领域、vivo早就用上了其他手机企业难以想象的定制封装芯片；在拍照方面，vivo与瑞芯微合作研发的独立DSP实现了传统技术难以做到的超级夜景效果；在全面屏技术上，vivo NEX是目前能够切实买到的为数不多的真全面屏手机之一；而在面向未来的5G通信领域，vivo也早就完成了相关的技术试制和验证，已经准备好在第一时间推出相关产品。
以往，笔者曾经开玩笑说，vivo在将来可能会以“技术的vivo”被人们所铭记——如今看来，其实vivo早就已经是“技术的vivo”了，但vivo却并不太希望大家只关注技术——毕竟，不管是多先进的产品，最终的目的是创造出更好的用户体验。正如vivo以往从未对外公开过四代屏幕指纹技术背后的艰辛那样，或许对于vivo而言，一切的辛苦，最终只要能够换来领先的产品体验、换来用户的满意，那么都是值得的。
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